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摘要：根据天津大学国家级化学化工实验教学示范中心在建设过程中的实践与经验，提出了基础实验教学改革的立足点应该遵循的三原则，并强调基础实验的教学观必须创新，要将高新技术引入基础实验以实现经典与现代的完美对接，要变单一实验为综合实验，从而培养学生的创新思维。
关键词：基础实验；创新教育；实验教学示范中心；教学改革；原则；高新技术；综合实验
2005年以来，教育部在全国高校中评出了501个国家级实验教学示范中心，其中有的已经挂牌，有的是建设单位，目前都到了总结验收阶段。对于国家级实验教学示范中心，“示范”的重点不应该是宏伟的教学大楼、不是高精度的大型仪器、不是强大的师资队伍，而应该是培养真正适应今后社会发展需要的人才以及在本课程中如何采取科学的特别是要有效的措施帮助和支持这个培养目标的实现。对于从事基础实验教学的示范中心，验收上应重点考查什么，值得认真思考。
我们认为，如何在基础实验教学中体现和实施创新教育，应该是核心指标。天津大学国家级化学化工实验教学示范中心是首批审定的国家级示范中心，在建设过程中，我们牢牢把握这个基本方向，取得了一些经验。
一、基础实验教学改革的立足点与原则
1 基础实验教学改革的立足点
提到实验教学改革，人们常常把精力放在投入大量的人才和物力上去开设“开放型”和“创新型”实验，认为只有这样才能与“创新能力”培养相一致。也有人把能力培养分成四个层次：基本能力层次、综合能力层次、设计能力层次、研究能力层次。然而，受到生源、学时、经费、场地、政策因素的制约，造成以下一些不容乐观的现象。
(1)自由时间，导致很少有学生来做实验，造成人员浪费；
(2)自选开放实验，导致很少甚至无人选，造成空间和资源浪费；
(3)所谓的“研究型”实验，受到学时等因素制约，与一般实验的水平相差甚微；
(4)各种比赛、竞赛搞得轰轰烈烈，成果也是琳琅满目，但真正有多少人有创造欲望?有多少人不是为“牌”而去?值得反省和深思。
对于基础实验教学改革，如何在教学中采取科学而又有效的措施提高教学质量和效率，进行“创新意识培养”，这才是改革的关键，也是基础实验教学改革的立足点。不认真组织教学，即使冠以“创新型实验”、“研究型实验”，照样使学生感到枯燥乏味；相反，在基础实验中，如果处理得当，照样使学生兴趣大增。只要我们按照科学原则办事，认真探索，积极实践，许多基础实验的水平和质量会大为提升，教学效率也会大为提高，也同样能达到创新教育的目的。
2 基础实验教学改革的原则
第一是可行性原则：作为示范中心的改革成果或经验必须能在各类学校中可以并且容易推广，在学生中受欢迎，而且还应该不增加学时和教师的工作量。
第二就是科学性原则：观念要科学，教学内容、方法要科学。
第三就是创新性原则：教学模式、教学效果必须达到对学生创新能力培养之目的。
只有坚持体现以上三原则，基础实验教学改革的经验才是有价值的经验，也只有这些经验才能有示范作用。国家级实验教学示范中心特别是基础实验教学示范中心，一定要把握这个基本方向。
二、基础实验的教学观必须创新
1 科学教育应该是高等教育的核心
科学不但带来了物质文明的进步，更重要的是在潜移默化中也逐步地提升了人们的精神境界。科学教育不应该只是知识的灌输、技能的培训、方法的传承，而更重要的应该是科学思想、科学方法论和科学智慧的启迪和熏陶。科学精神包括求真务实、开拓创新、和谐文明。高等教育要让年轻一代的核心价值观中更多地融入科学精神，真正地理解科学精神，用科学精神践行人生，从而使学生有求知的兴趣、有向上的精神、有质疑的勇气、有创新的激情、有奉献的胸怀。
2 基础实验的科学论
一流的大学必须有一流的本科教育，一流的本科教育必须有一流的实践教学作支撑，其中基础实验担当着极其重要的角色。对于化学化工基础实验，学生在探索复杂多变的化学变化和传质传热等单元操作过程中，体会精巧而严格定量的实验设计，通过对各种现象分析、归纳和总结，把理论知识提高到更高层次。一个基础实验水平的高低，不是看实验仪器的先进性，而是实验者的创造性。历史上有名的焦耳实验装置十分简单，但是巧妙而又十分具有针对性地观测到了“能量守恒”这一具有创造性的结果，成为一个伟大的实验。在基础实验中，哪怕是看上去最简单的实验，也要启发和激励学生进行思辨和创新，这就是基础实验的科学论。
美国的《国家教学教育标准》指出，科学探究是科学家们用来研究自然，并根据所获取的事实证据做出各种解释的各种方式。科学探究也指的是学生构造知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种行动。在基础实验中，如何引导学生进行科学探究，是基础实验教学工作者必须认真思考和探索的。我们在基础实验教学中融入新的教学观念，把被动的“参加者”和“操作者”变为主动的“实践者”和“探索者”，实验教学中突出知识点(原理)、技术点(操作要点)和兴奋点(实验拓展)。在基础实验的情景中，像从事科学研究一样，提出问题、设计方案、控制变量、分析结果、讨论总结。这样，就不一定要增加学时和新实验，一样可以达到培养创新能力和科学精神的目标。
化学化工基础实验在过去、现在乃至将来都是化工类实验的根本，无机和有机化合物的合成、分析、鉴定，各种物理化学性质测量，化工单元操作及各种动态测量等都是基础实验，在化工类人才培养中起到不可替代的作用。教师应当做到在基础实验中进行研究性教学，引导学生在基础实验中进行研究性学习。从而实现强化基本技能训练、突出创新能力培养、达到科学素质提高之目标。
三、将高新技术引入基础实验，实现经典与现代的完美对接
许多经典实验，多少年来被人们坚持开设，其原因之一就在于这些经典实验设计合理，训练功能明显，体现了科学家和设计者的智慧。我们必须充分发挥基础实验(其中大部分为经典实验)的作用，同时把当今的高新技术引入实验，实现“经典美”与“现代美”的统一。
例如，二元系统蒸馏曲线的绘制是经典实验。在这个实验中，我们不但引入了数显折光仪，而且还设计展示了具有先进水平的波纹填料精馏塔。石英塔体外面镀有透明导电加热层，配以可任意调节回流比的电磁阀，塔内填以获得国家科技发明一等奖的波纹填料，大大提高了传质效率和分离效果，节能环保。学生也因此获得蒸馏曲线在工业分离中的应用知识，同时了解了产生巨大经济效益和社会效益的高新技术，理解了社会和工业需求永远是科技发展和创新的推动力。
再如，在化工原理的基础实验之一——精馏实验中，采用了计算机数据采集技术。学生可以在计算机上实时地观察不同部位温度变化，对精馏操作的稳定过程有了直观的认识。
还有，在流体综合实验中，有的则用到转子流量计、节流式流量计、淌流式流量计。压力测量中，用到U型管压 差计、弹簧式压力表，同时也引入了压力和压差传感器及其数显系统，体会到工业测量仪表由经典到现代的发展历程。
四、变单一为综合，实现创新和科学精神培养
工科类学生实验门类相对较多，因此相应地每门实验学时较少，我们没有仅仅停留在“就这几个实验”上，而是在实验教学效率和质量上下工夫，下面举三个例子说明。
1 恒温槽的调节及应用实验
过去：大家都统一调一个温度(如30℃)，统一测同一温度下乙醇的黏度。
现在：(1)首先引导学生思考，在科学研究和工业生产中为什么要恒温?如何实现温度控制?恒温效果的影响因素有哪些?(2)实验内容扩展，各人设定温度不同(从室温至50"C)，测不同温度下的黏度。
效果：(1)发现恒温槽灵敏度不但与结构和性能有关，还与设定的温度与室温的差别有关，差别越大恒温效果越差，引入多级恒温的概念和方法；(2)测到了液体黏度随温度变化，用不同方程关联二者关系，得到了数据处理的高层次训练：(3)每个都要共享其他人的数据，自己的数据也要被其他人使用，这对于关联精度都有影响，体现了个人成就感和团队协作精神。
2 化工基础实验——精馏实验
过去：大家只测稳态下的数据。
现在：先独立思考然后讨论以下问题。
(1)为什么化学工程师需要分离混合液?
(2)蒸馏所基于的原则是什么?
(3)精馏柱(塔)和蒸馏器之间的区别是什么?
(4)相比分馏板，内波纹计有什么优势?
(5)产品是从柱的顶部还是底部收取?
(6)如何从柱的不同高度改变中间馏分的成分?
石油炼制：
输入：原油(组分几十种)；输出：从塔顶至塔底依次为天然气一石脑油一汽油一煤油一柴油一重油一沥青。
这样，使学生对精馏过程及操作有了更深刻的理解，然后再拓展到施加干扰。如，塔顶冷凝水停了，塔釜再沸器加热功率发生变化或者进料量突然变化。
效果：(1)学会如何识别异常情况；(2)学会针对不同异常应采取哪些应急措施：(3)这种研究性实践培养了学生分析问题和解决问题的能力：(4)充分体现理论与实践相结合。
3 有机化学实验——番茄红素的提取
番茄红素的提取过去统一为薄层色谱分析法，萃取也统一为先用丙酮，再用石油醚。
而现在改为把学生分为三人一组，分别采取有机溶剂、乳液和泡沫分离提取方法；互相观察不同工艺操作步骤出现的不同现象，然后分析讨论这些方法的优缺点。
以上工作我中心教师发表于J.Chem.Education。
值得一提的还有有机化学的酯化反应实验，过去都用硫酸作催化剂；现改为有的用硫酸，有的用固体超强酸作催化剂，在反应过程中相互观察反应现象、回流情况、反应速率、分离难易程度等，然后分析讨论，比较二者的优缺点。得到如下结论：固体超强酸催化是一个绿色工艺，减少了污染，催化剂可重复使用，但反应速率和效率有待于超强酸性能的进一步改善和提高。这是化学工作者一项重要任务。
五、实验过程中创新思维的培养
德国的教育之父洪堡说过：“教育必须培养人的自我决断能力，而不是培养人去适应传统的世界，不是首先要求去传授知识和技能，而是要唤醒学生的力量，培养他们自我学习的主动性。”在基础实验过程中引导学生带着知识、经验、思考、灵感、兴趣去观察实验现象，做到手脑并用，培养他们的创新思维。
例如，在溶胶制备和电泳的实验中，同学发现两极都有气泡逸出，正负极上升速率和下降速率不等；一段时间后，一极辅助液与溶胶界面清晰而另一极不清晰等现象。这时，我们就启发学生思考，并让同学主动回答。我们的问题是：
(1)在直流电作用下，稀酸水溶液会被电解吗?
(2)电解时，在正负极上各发生什么反应?气体各是什么?
(3)电解的结果，负极区pH值(或OH-浓度)如何变化?
(4)胶粒上由于吸附Fe3+带正电，遇OH-后，(电势如何变化?
(5)在一定外电压下，ζ电势下降，电泳速率如何变化?
(6)辅助液HC1起什么作用?改为KC1会怎样?为什么?
通过以上的思考和探究，学生把电解、电导、胶体等相关知识联系起来，通过对知识的整合、类比、归纳，使知识系统化、网络化、有效化。教师不能满足教学任务形式上的完成，而是应该通过创造性劳动，科学准确地把握调动兴趣的时机，激发学生的求知欲望，达到创新能力培养的目的。
[责任编辑：余大品]
关键词：基础实验；创新教育；实验教学示范中心；教学改革；原则；高新技术；综合实验
2005年以来，教育部在全国高校中评出了501个国家级实验教学示范中心，其中有的已经挂牌，有的是建设单位，目前都到了总结验收阶段。对于国家级实验教学示范中心，“示范”的重点不应该是宏伟的教学大楼、不是高精度的大型仪器、不是强大的师资队伍，而应该是培养真正适应今后社会发展需要的人才以及在本课程中如何采取科学的特别是要有效的措施帮助和支持这个培养目标的实现。对于从事基础实验教学的示范中心，验收上应重点考查什么，值得认真思考。
我们认为，如何在基础实验教学中体现和实施创新教育，应该是核心指标。天津大学国家级化学化工实验教学示范中心是首批审定的国家级示范中心，在建设过程中，我们牢牢把握这个基本方向，取得了一些经验。
一、基础实验教学改革的立足点与原则
1 基础实验教学改革的立足点
提到实验教学改革，人们常常把精力放在投入大量的人才和物力上去开设“开放型”和“创新型”实验，认为只有这样才能与“创新能力”培养相一致。也有人把能力培养分成四个层次：基本能力层次、综合能力层次、设计能力层次、研究能力层次。然而，受到生源、学时、经费、场地、政策因素的制约，造成以下一些不容乐观的现象。
(1)自由时间，导致很少有学生来做实验，造成人员浪费；
(2)自选开放实验，导致很少甚至无人选，造成空间和资源浪费；
(3)所谓的“研究型”实验，受到学时等因素制约，与一般实验的水平相差甚微；
(4)各种比赛、竞赛搞得轰轰烈烈，成果也是琳琅满目，但真正有多少人有创造欲望?有多少人不是为“牌”而去?值得反省和深思。
对于基础实验教学改革，如何在教学中采取科学而又有效的措施提高教学质量和效率，进行“创新意识培养”，这才是改革的关键，也是基础实验教学改革的立足点。不认真组织教学，即使冠以“创新型实验”、“研究型实验”，照样使学生感到枯燥乏味；相反，在基础实验中，如果处理得当，照样使学生兴趣大增。只要我们按照科学原则办事，认真探索，积极实践，许多基础实验的水平和质量会大为提升，教学效率也会大为提高，也同样能达到创新教育的目的。
2 基础实验教学改革的原则
第一是可行性原则：作为示范中心的改革成果或经验必须能在各类学校中可以并且容易推广，在学生中受欢迎，而且还应该不增加学时和教师的工作量。
第二就是科学性原则：观念要科学，教学内容、方法要科学。
第三就是创新性原则：教学模式、教学效果必须达到对学生创新能力培养之目的。
只有坚持体现以上三原则，基础实验教学改革的经验才是有价值的经验，也只有这些经验才能有示范作用。国家级实验教学示范中心特别是基础实验教学示范中心，一定要把握这个基本方向。
二、基础实验的教学观必须创新
1 科学教育应该是高等教育的核心
科学不但带来了物质文明的进步，更重要的是在潜移默化中也逐步地提升了人们的精神境界。科学教育不应该只是知识的灌输、技能的培训、方法的传承，而更重要的应该是科学思想、科学方法论和科学智慧的启迪和熏陶。科学精神包括求真务实、开拓创新、和谐文明。高等教育要让年轻一代的核心价值观中更多地融入科学精神，真正地理解科学精神，用科学精神践行人生，从而使学生有求知的兴趣、有向上的精神、有质疑的勇气、有创新的激情、有奉献的胸怀。
2 基础实验的科学论
一流的大学必须有一流的本科教育，一流的本科教育必须有一流的实践教学作支撑，其中基础实验担当着极其重要的角色。对于化学化工基础实验，学生在探索复杂多变的化学变化和传质传热等单元操作过程中，体会精巧而严格定量的实验设计，通过对各种现象分析、归纳和总结，把理论知识提高到更高层次。一个基础实验水平的高低，不是看实验仪器的先进性，而是实验者的创造性。历史上有名的焦耳实验装置十分简单，但是巧妙而又十分具有针对性地观测到了“能量守恒”这一具有创造性的结果，成为一个伟大的实验。在基础实验中，哪怕是看上去最简单的实验，也要启发和激励学生进行思辨和创新，这就是基础实验的科学论。
美国的《国家教学教育标准》指出，科学探究是科学家们用来研究自然，并根据所获取的事实证据做出各种解释的各种方式。科学探究也指的是学生构造知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种行动。在基础实验中，如何引导学生进行科学探究，是基础实验教学工作者必须认真思考和探索的。我们在基础实验教学中融入新的教学观念，把被动的“参加者”和“操作者”变为主动的“实践者”和“探索者”，实验教学中突出知识点(原理)、技术点(操作要点)和兴奋点(实验拓展)。在基础实验的情景中，像从事科学研究一样，提出问题、设计方案、控制变量、分析结果、讨论总结。这样，就不一定要增加学时和新实验，一样可以达到培养创新能力和科学精神的目标。
化学化工基础实验在过去、现在乃至将来都是化工类实验的根本，无机和有机化合物的合成、分析、鉴定，各种物理化学性质测量，化工单元操作及各种动态测量等都是基础实验，在化工类人才培养中起到不可替代的作用。教师应当做到在基础实验中进行研究性教学，引导学生在基础实验中进行研究性学习。从而实现强化基本技能训练、突出创新能力培养、达到科学素质提高之目标。
三、将高新技术引入基础实验，实现经典与现代的完美对接
许多经典实验，多少年来被人们坚持开设，其原因之一就在于这些经典实验设计合理，训练功能明显，体现了科学家和设计者的智慧。我们必须充分发挥基础实验(其中大部分为经典实验)的作用，同时把当今的高新技术引入实验，实现“经典美”与“现代美”的统一。
例如，二元系统蒸馏曲线的绘制是经典实验。在这个实验中，我们不但引入了数显折光仪，而且还设计展示了具有先进水平的波纹填料精馏塔。石英塔体外面镀有透明导电加热层，配以可任意调节回流比的电磁阀，塔内填以获得国家科技发明一等奖的波纹填料，大大提高了传质效率和分离效果，节能环保。学生也因此获得蒸馏曲线在工业分离中的应用知识，同时了解了产生巨大经济效益和社会效益的高新技术，理解了社会和工业需求永远是科技发展和创新的推动力。
再如，在化工原理的基础实验之一——精馏实验中，采用了计算机数据采集技术。学生可以在计算机上实时地观察不同部位温度变化，对精馏操作的稳定过程有了直观的认识。
还有，在流体综合实验中，有的则用到转子流量计、节流式流量计、淌流式流量计。压力测量中，用到U型管压 差计、弹簧式压力表，同时也引入了压力和压差传感器及其数显系统，体会到工业测量仪表由经典到现代的发展历程。
四、变单一为综合，实现创新和科学精神培养
工科类学生实验门类相对较多，因此相应地每门实验学时较少，我们没有仅仅停留在“就这几个实验”上，而是在实验教学效率和质量上下工夫，下面举三个例子说明。
1 恒温槽的调节及应用实验
过去：大家都统一调一个温度(如30℃)，统一测同一温度下乙醇的黏度。
现在：(1)首先引导学生思考，在科学研究和工业生产中为什么要恒温?如何实现温度控制?恒温效果的影响因素有哪些?(2)实验内容扩展，各人设定温度不同(从室温至50"C)，测不同温度下的黏度。
效果：(1)发现恒温槽灵敏度不但与结构和性能有关，还与设定的温度与室温的差别有关，差别越大恒温效果越差，引入多级恒温的概念和方法；(2)测到了液体黏度随温度变化，用不同方程关联二者关系，得到了数据处理的高层次训练：(3)每个都要共享其他人的数据，自己的数据也要被其他人使用，这对于关联精度都有影响，体现了个人成就感和团队协作精神。
2 化工基础实验——精馏实验
过去：大家只测稳态下的数据。
现在：先独立思考然后讨论以下问题。
(1)为什么化学工程师需要分离混合液?
(2)蒸馏所基于的原则是什么?
(3)精馏柱(塔)和蒸馏器之间的区别是什么?
(4)相比分馏板，内波纹计有什么优势?
(5)产品是从柱的顶部还是底部收取?
(6)如何从柱的不同高度改变中间馏分的成分?
石油炼制：
输入：原油(组分几十种)；输出：从塔顶至塔底依次为天然气一石脑油一汽油一煤油一柴油一重油一沥青。
这样，使学生对精馏过程及操作有了更深刻的理解，然后再拓展到施加干扰。如，塔顶冷凝水停了，塔釜再沸器加热功率发生变化或者进料量突然变化。
效果：(1)学会如何识别异常情况；(2)学会针对不同异常应采取哪些应急措施：(3)这种研究性实践培养了学生分析问题和解决问题的能力：(4)充分体现理论与实践相结合。
3 有机化学实验——番茄红素的提取
番茄红素的提取过去统一为薄层色谱分析法，萃取也统一为先用丙酮，再用石油醚。
而现在改为把学生分为三人一组，分别采取有机溶剂、乳液和泡沫分离提取方法；互相观察不同工艺操作步骤出现的不同现象，然后分析讨论这些方法的优缺点。
以上工作我中心教师发表于J.Chem.Education。
值得一提的还有有机化学的酯化反应实验，过去都用硫酸作催化剂；现改为有的用硫酸，有的用固体超强酸作催化剂，在反应过程中相互观察反应现象、回流情况、反应速率、分离难易程度等，然后分析讨论，比较二者的优缺点。得到如下结论：固体超强酸催化是一个绿色工艺，减少了污染，催化剂可重复使用，但反应速率和效率有待于超强酸性能的进一步改善和提高。这是化学工作者一项重要任务。
五、实验过程中创新思维的培养
德国的教育之父洪堡说过：“教育必须培养人的自我决断能力，而不是培养人去适应传统的世界，不是首先要求去传授知识和技能，而是要唤醒学生的力量，培养他们自我学习的主动性。”在基础实验过程中引导学生带着知识、经验、思考、灵感、兴趣去观察实验现象，做到手脑并用，培养他们的创新思维。
例如，在溶胶制备和电泳的实验中，同学发现两极都有气泡逸出，正负极上升速率和下降速率不等；一段时间后，一极辅助液与溶胶界面清晰而另一极不清晰等现象。这时，我们就启发学生思考，并让同学主动回答。我们的问题是：
(1)在直流电作用下，稀酸水溶液会被电解吗?
(2)电解时，在正负极上各发生什么反应?气体各是什么?
(3)电解的结果，负极区pH值(或OH-浓度)如何变化?
(4)胶粒上由于吸附Fe3+带正电，遇OH-后，(电势如何变化?
(5)在一定外电压下，ζ电势下降，电泳速率如何变化?
(6)辅助液HC1起什么作用?改为KC1会怎样?为什么?
通过以上的思考和探究，学生把电解、电导、胶体等相关知识联系起来，通过对知识的整合、类比、归纳，使知识系统化、网络化、有效化。教师不能满足教学任务形式上的完成，而是应该通过创造性劳动，科学准确地把握调动兴趣的时机，激发学生的求知欲望，达到创新能力培养的目的。
[责任编辑：余大品]